Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) (Челябинск, Россия)

К. В. Лицин, доцент, канд. техн. наук, k.litsin@rambler.ru
С. Н. Басков, доцент, канд. техн. наук, baskovsn@susu.ru
А. А. Быстров, студент, lexabystrovv@mail.ru
Р. А. Крячков, студент, kryachkov_roma26@mail.ru
А. А. Аксенов, студент, aksenalex12@gmail.com

Представлена разработка мультимодальной автоматизированной системы робототехнического комплекса для выполнения операций технологического контроля стальных фланцев. Система обладает мультимодальным свойством, интегрируя несколько компонентов: систему автоматического контроля на базе камер компьютерного зрения, маркировочную машину с оптическим распознаванием символов, консервационную машину, промышленного робота, систему упаковки и систему управления на базе современного контроллера. В работе комплекса реализуется обработка нескольких типоразмерных фланцев, отличающихся условным проходом, геометрическими размерами и массой. Диапазон габаритов изделий в ячейке: от 135 до 230 мм по наружному диаметру, толщиной от 18 до 61 мм, массой от 1,7 до 6,6 кг. Все фланцы изготавливают из стали Ст20. Комплекс обеспечивает полную автоматизацию технологического процесса и исключает необходимость прямого участия оператора в производстве. Ключевой особенностью является использование отечественного оборудования и реализация конвейерного принципа с параллельным выполнением операций. Динамическое трехмерное моделирование позволило провести верификацию конструкции и оптимизировать траектории робота с целью повышения производительности производства и обеспечения требуемого уровня безопасности. Разработанный РТК обеспечивает производительность 19–20 фланцев в час (прирост на 30–40 % против ручной обработки). Разработанная система контроля продукции на базе технического зрения позволяет выявлять все дефекты при производстве фланцев. Капитальные затраты на внедрение составляют 1 548 тыс. руб., годовой прирост прибыли – 836 тыс. руб., срок окупаемости – 2,8 года. Индекс доходности проекта равен 1,07. Система может быть адаптирована для различных типоразмеров фланцев и интегрирована с внутризаводской логистикой.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №25-79-10376.

1. Колла В., Матино Р., Фаэс А., Скивалокки М., Романьело Л., Шредер А. Использование робота для обслуживания шиберных затворов разливочных ковшей // Черные металлы. 2020. № 3. С. 4–8.
2. Aguilar W. et al. Implementation of a robotic arm control for EOD applications using an immersive multimodal interface // IEEE Access. 2024. Vol. 12. P. 133632–133647. DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3432401
3. Юдин Д. А. Построение мультимодальных 3D-кaрт для интеллектуальных роботов с применением нейросетевых методов // Доклады Российской академии наук. Математика, информатика, процессы управления. 2024. Т. 520, № S2. С. 131–140. DOI: 10.31857/S2686954324700450
4. Шитиков О. В. Цифровая трансформация металлургического комплекса России: влияние на финансовые показатели и перспективы развития // Journal of Monetary Economics and Management. 2024. № 9. P. 105–111. DOI: 10.26118/2782-4586.2024.98.33.015
5. Романова О. А., Сиротин Д. В. Цифровизация производственных процессов в металлургии: тенденции и методы измерения // Известия Уральского государственного горного университета. 2021. № 3 (63). Р. 136–148.
6. Куликов А. А., Гречнева М. В., Балановский А. Е. Роботизация аддитивного производства изделий из металла // Инновации в машиностроении (ИнМаш-2020) : материалы XI Международной научно-практической конференции, Бийск, 22–23 октября 2020 года. – Бийск : Издательство Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова, 2020. – С. 141–147.
7. Еронько С. П., Горбатюк С. М., Кобелев О. А., Погорелов И. С. Модернизированный манипулятор для обслуживания кассетных затворов сталеразливочных ковшей // Металлург. 2022. № 6. С. 88–93.
8. Georgiev G., Todorov N., Grancharova A. Use of KUKA KR300 industrial robot in electric arc furnace operation // 2023 International Conference Automatics and Informatics (ICAI), Varna, Bulgaria, 2023. Р. 195–200. DOI: 10.1109/ICAI58806.2023.10339016
9. Кузьмин А. А., Кузьмина Т. А. Расчетная модель герметичности фланцевого соединения // Природные и техногенные риски (физико-математические и прикладные аспекты). 2021. № 3(39). С. 19–25.
10. Litsin K. V., Baskov S. N., Morkovnik D. A. A model of automated mold flux feeding into the crystallizer of a continuous casting machine // CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 26. P. 33–38.
11. Козлова Е. И., Богомолова Е. В. Цифровая трансформация в производстве стали: вектор движения // Вестник Челябинского государственного университета. 2025. № 7 (501). С. 150–157. DOI: 10.47475/1994-2796-2025-501-7-150-157
12. Цуканов А. В., Лицин К. В. Разработка автоматизированной системы машины пакетной резки прокатного производства // Черные металлы. 2023. № 1. С. 38–43.
13. Рудковский И. Ф. Развитие современных форм роботизации промышленности в логистике производства // Экономика, предпринимательство и право. 2024. Т. 14, № 12. С. 8150-8170. DOI: 10.18334/epp.14.12.122288
14. Бондаренко Д. В., Громова Н. В. Импортозамещение в промышленности как фактор обеспечения экономической безопасности в условиях отрицательного проявления глобализации // Индустриальная экономика. 2025. № 2. С. 31–37. DOI: 10.47576/2949-1886.2025.2.2.004
15. Тараненко М. Е. Импортозамещение контроллерного оборудования систем управления кислородно-конвертерным производством стали на Новолипецком металлургическом комбинате с использованием отечественного оборудования // Инженерный вестник Дона. 2024. № 2 (110). С. 13–35.
16. Чечуха В. И., Садоха М. А. Влияние автоматизации процесса получения отливок методом литья под высоким давлением на качество отливок // Литье и металлургия. 2025. № 2. С. 29–33. DOI: 10.21122/1683-6065-2025-2-29-33
17. Nurrohmah E. A., Wibowo I. K., Bachtiar M. M., Lathief M. M. Improvement of the processing speed of the robot’s vision system using robot operating system // 2021 International Electronics Symposium (IES), Surabaya, Indonesia, 2021. Р. 482–487. DOI: 10.1109/IES53407.2021.9593989
18. Анелькин Н. И., Манцевич А. В., Войтеховский Д. Г., Мозгов С. А. Основные направления развития отечественной металлургии в разрезе мировых тенденций // Литье и металлургия. 2023. № 2. С. 31–44.
19. Ciocîrlan A. C. et al. Intelligent control systems for motion vectors of autonomous mobile robots // 2025 25th International Conference on Control Systems and Computer Science (CSCS), Bucharest, Romania, 2025. Р. 13–18. DOI: 10.1109/CSCS66924.2025.00010
20. ГОСТ 33259-2015. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на номинальное давление до PN 250. Конструкция, размеры и общие технические требования. – Введ. 01.04.2016.